丙烯催化环氧化反应吸附扩散的分子模拟分析

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1、摘要环氧丙烷(PO)是一种重要的化工原料，传统PO生产方法能耗高，污染大，使用钛硅分子筛(TS．1)催化氧化丙烯制备PO的方法也存在催化剂容易失活的问题，引进超临界二氧化碳(SC．C02)为丙烯环氧化反应的溶剂则能获得较好的效果。本课题的目的就是研究超临界条件的引入对于丙烯环氧化反应的影响。由于分子筛孔道结构复杂，本文引入分子模拟技术进行研究。首先在333K、400KPa、甲醇为溶剂的传统丙烯环氧化反应条件下利用MaterialsStudio软件的Sorption模块对丙烯、H202等组分在分子筛中的吸附性质进行计算：利用Forcite模块对丙烯、H202、PO等组

2、分在分子筛中的扩散性质进行计算；然后在328K、10MPa、SC．C02为溶剂的超临界反应条件下对以上性质进行了相应计算。总结分析所得数据，得到以下主要结论：1．相对于传统反应体系，超临界反应体系下丙烯、H202等组分在TS．1中的吸附量较高。对于分子筛参与催化的反应体系，反应物组分在分子筛中吸附量越高则其反应速率越快。2．不论在传统反应体系或者超临界反应体系中，丙烯分子在TS．1中均倾向于吸附在直孔道当中；而H202分子在TS．1中的吸附位分布比较均匀，但和丙烯混合吸附时由于竞争吸附而更多的吸附在曲折孔道当中。3．C02分子比甲醇分子更小，与丙烯和H202等分子竞

3、争吸附的能力较低，因此在超临界反应条件下反应组分能达到较高吸附量。4．反应组分在SC—C02中的无限稀释扩散系数比其在甲醇中高一个数量级，超临界流体优异的扩散性能有助于PO快速排出分子筛，降低催化剂结焦的可能性。5．由于溶剂的影响，醇溶剂条件下PO主要在曲折孔道中扩散，而超临界条件下PO则主要在孔径较大的直孔道中扩散，能更容易的从TS一1内部排除。关键词：环氧化Ts—l模拟扩散吸附超临界ABSTRACTnePropyleneOxide(PO)isanimportantchemicalmaterial．111etraditionalwaytoproducePOalwa

4、yswastesalotofenergyandcauseseriouspollution．PropyleneepoxidationcatalyzedbytheTitaniumsilicatezeolite(TS一1)alsohassomeproblemssuch嬲thedeactivationofthecatalyst．Usedt11esupercriticalcarbondioxide(SC．C02)aSthesolventoftheepoxidationcouldmakebetterresults，andthispaperistodiscusshowthesup

5、ercriticalconditionaffectstheepoxidationofpropylene．Consideringthecomplexstructureofzeolite，themolecularsimulationwasusedinthisstudy．FirsttheadsorptionanddiffusionofthereactioncomponenmwerecalculatedusedtheSorptionandForcitemoduleofMaterialsStudio(MS)respectivelyat333k400KPa．andwiththe

6、methanolasthesolvent．Thenthecalculationswerecarriedoutcorrespondinglyat328kl0MPaandwiththeSC—C02嬲thesolvent．Fromtheresultswecangetsuchconclusions：1．nereactioncomponentssuchasC3H6andH202Callgetahigherloadingunderthesupercriticalcondition．Andforthereactionthatcatalyzedbythezeolite，themor

7、ethecomponentsloading，thefasterthereactioncouldperform．2．TheC3H6preferstoadsorbinthestraightchannelsunderthebothconditions。AndthedistributingoftheH202ismoreuniform，butitpreferstoadsorbinthezigzagchannelswhenadsorbwithC3H6togetherbecauseoftheadsorptioncompetition．3．Becausethevolumeoft